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期刊信息/Journal information
机械科学与技术
西北工业大学
机械科学与技术

西北工业大学

姜澄宇

月刊

1003-8728

mst@nwpu.edu.cn

029-88493054

710072

西安友谊西路127号（西北工业大学647号信箱）

机械科学与技术/Journal Mechanical Science and Technology for Aerospace EngineeringCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊为专业技术性刊物。反映机械科学与技术的研究成果及其在生产实践中的应用成果，刊登理论研究、设计计算、机构分析、成果报道及评述，介绍新方法、新工艺、新材料、新设备。
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    改进Tikhonov正则化方法在结构激励识别与响应重构中的应用

    周雪文彭珍瑞
    1469-1476页
    查看更多>>摘要：为了改善传递矩阵的病态性,实现利用结构有限测量信息对结构外部激励与未知响应的有效重构,提出了一种用于结构激励识别与响应重构的改进Tikhonov正则化方法.首先,基于状态空间模型构建传递矩阵,并推导结构外部激励识别与响应重构方程.其次,采用改进Tikhonov正则化方法改善传递矩阵的病态性,得到激励方程的正则化解,并结合结构需重构位置对应的传递矩阵重构未知加速度响应.最后,分别对平面二维桁架和简支梁进行数值仿真和试验分析,验证所提方法的可行性.结果表明所提方法能够改善传递矩阵的病态性,提高结构激励识别与响应重构的精度.

    激励识别响应重构状态空间传递矩阵正则化

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    螺杆马达过盈量对输出性能影响研究

    钟辉况雨春钟良春
    1477-1484页
    查看更多>>摘要：螺杆马达是螺杆钻具的动力来源,其定转子之间的过盈量对螺杆马达的工作性能和使用寿命起着至关重要的作用.文中提出了螺杆马达性能评价准则,建立了螺杆马达流固耦合三维有限元模型,基于显式非线性瞬态动力学对 0.1 mm、0.2 mm和 0.3 mm这 3 种过盈量螺杆马达的接触力值、机械效率、容积效率、密封腔成腔稳定性进行了有限元分析.结果表明:随着过盈量的增加,定转子接触力值逐渐增大,螺杆马达容积效率逐渐升高,机械效率逐渐降低,高负载情况下 0.2 mm过盈量螺杆马达密封腔稳定性较好,并且马达整体性能最好,在较低负载情况下,0.1 mm过盈量螺杆马达密封腔稳定性较好,其整体性能较好.研究结果可为螺杆马达的过盈量设计以及优选提供一定的参考.

    螺杆马达过盈量流固耦合性能优选

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    应力松弛下滑环组合密封性能研究

    张毅钟思鹏熊思阳熊子杰...
    1485-1492页
    查看更多>>摘要：结合钻井过程中的高温高压工况和橡胶材料的应力松弛特性,利用有限元分析中压力渗透加载方式对旋转组合密封进行双侧加压,分析了流体压力、井下温度对组合密封主密封面的影响.结合有限元分析结果,提取橡胶密封的变形矩阵,并基于热弹流理论建立了旋转形式的滑环组合密封的数值分析模型.数值求解获得了应力松弛下不同的井下温度、粗糙度时的油膜厚度和油膜压力分布,然后通过密封试验分析了泄漏率、摩擦力矩和转速的关系.结果表明:考虑应力松弛后,介质压力越大接触压力越大,此时不易泄漏,不过摩擦力会有所增加;随着温度的升高,接触应力与介质压力几乎相当,此时泄漏量会有所增加,而温升还会引起黏度的降低,使得黏性摩擦力下降;粗糙度增加,导致油膜厚度增大以及膜压减小,进而引起泄漏增幅较快,而摩擦力略有减小;泄漏率和摩擦力随主轴转速增加.

    高温高压应力松弛旋转形式的滑环组合密封摩擦力热弹流润滑

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    自动驾驶履带车辆的变曲率路径的跟踪控制策略研究

    毛婷婷薛金林
    1493-1504页
    查看更多>>摘要：为解决履带车辆在变曲率路径下的跟踪精度低及传统单一的横向控制算法无法有效协调不同工况下的控制性能要求等问题,提出了一种基于LQR-MPC的最优速度规划混合横向控制方法.首先提出了一种最优速度规划策略(Optimal speed planning),并仿真验证有速度规划的横向控制算法控制精度提升了 20%以上.通过对比模型预测控制(MPC)、最优线性二次型(LQR)的特性差异,进一步提出基于LQR-MPC的混合横向控制算法.结果表明:混合算法相比在单一算法,控制精度提升了 44%以上,并减少了计算成本,实时性提升了 38%以上,达到实时性与控制精度之间的平衡,最后通过增加模拟履带滑移干扰,发现混合控制算法具有一定鲁棒性.

    路径跟踪横向控制速度规划最优二次型算法模型预测控制算法

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    矿用对旋风机旋转失速信号特征识别与提取

    陈庆光徐延辉张祯江郭武...
    1505-1513页
    查看更多>>摘要：针对旋风机旋转失速信号特征的识别与提取,提出了一种参数优化的变分模态分解(VMD)方法.首先,为了消除人为选择VMD参数的影响,提出一种以平均包络熵为目标函数的蛙跳优化算法,对VMD算法的模态个数K和惩罚因子α进行优化选取,实现了参数K和α的合理自动选取;然后,通过模拟信号验证了参数优化后的VMD方法的有效性;最后,利用参数优化的VMD方法对风机失速信号进行处理和分析,研究风机失速的频谱特性,并与经验模态分解(EMD)结果进行对比分析.研究结果表明:与EMD方法相比,参数优化的VMD方法在处理模态混叠方面更具有优势,其处理效果明显优于EMD,分解得到的IMF分量个数也少于EMD,易区分特征频率;另外,以优化获取的参数组合处理风机的失速信号时,能够很好地揭示失速特征频率在失速发展过程中的变化规律,对应于频率分量的波动,从大尺度的频率波动转变为小尺度的频率波动.

    对旋风机旋转失速变分模态分解特征识别与提取

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    风琴管喷嘴空化水射流流场的大涡模拟

    王连安徐艳王尊策李森...
    1514-1521页
    查看更多>>摘要：针对空化水射流流场空化云演化采用RANS方法模拟不准确的问题,采用大涡模拟(Large-eddy simulation,LES)对风琴管空化喷嘴流场进行数值模拟.基于Mixture多相流模型和Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)空化模型,分别采用SM模型(Smagorinsky-Lilly model,SM)、壁面适应的局部涡黏模型(Wall-adapted local eddy-viscous,WALE)和代数壁面模型(Wall-modeled large eddy simulation,WMLES)3 种不同的亚格子模型,对风琴管喷嘴空化水射流流场进行数值模拟,分析空化水射流特性、空化云演化规律及脱落频率.结果表明:WALE模型可以较为准确模拟空化云演化周期,与高速摄像拍摄结果吻合较好;在喷嘴内圆柱段以及扩散段壁面附近产生涡环,加快了空化泡析出,WALE模型较好的模拟了涡环结构;涡量分析表明涡流在喷嘴出口附近出现,射流的末端空化泡破碎产生扰动,大尺度涡演化为小尺度涡,WALE模型模拟出涡的破碎范围较 SM模型更大,WMLES模型未捕捉到小尺度涡.

    大涡模拟亚格子模型风琴管喷嘴空化水射流

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    旋转自进空化射流喷头性能及油管清垢实验研究

    王佳祥王尊策徐艳张井龙...
    1522-1530页
    查看更多>>摘要：我国各大油田普遍存在油管矿物质结垢问题,空化射流因其工作压力较低时即可达到较好的清洗效果而应用于油管清洗,通过喷头的旋转实现内壁清洗的全覆盖,但对旋转空化射流喷头的旋转速度、送进速度等性能的研究还比较少,无法有效指导旋转空化射流喷头的应用.针对风琴管空化喷嘴开展了性能实验,对空化喷嘴在不同喷射靶距和喷射角度开展油管矿物质垢的清洗实验,确定了 20 MPa条件下清洗的最优靶距及喷射角度;提出了旋转自进空化射流喷头结构,对不同旋转喷嘴圆柱段直径、不同入口压力条件下喷头的旋转速度及自进力进行了实验测试,得到了喷头参数对旋转速度、自进力的影响规律;开展了油管内壁矿物质垢清洗试验,得到了旋转自进空化射流喷头的压力和送进速度对清垢率的影响规律.本文可为油管矿物质垢低压条件下高效清洗提供技术支持,也可为旋转空化射流的机理研究提供借鉴.

    空化射流旋转自进力油管清洗矿物质垢

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    水陆两栖仿生机器人水下步态生成研究

    张凯张尚盈陈皓晖于传浩...
    1531-1536页
    查看更多>>摘要：设计一种拥有弧形腿与桨鳍结合的水陆两栖仿生机器人,提出一种水陆两栖机器人的水下步态映射函数,以期望机器人获得与海龟类似的推进方式.依据海龟的形态结构和运动形态,以Hopf振荡器为基本神经元建立六条腿全耦合式拓扑结构的中枢模式发生器(Central pattern generator,CPG)神经网络.对CPG输出信号以及机器人水下步态映射函数进行分析、优化实现参数的可调性及各步态间转换的平稳性.最后通过仿真与实验验证并生成水下步态生成的转换图,证明了优化后的步态CPG输出信号以及机器人水下步态映射函数的可行性.

    水陆两栖仿生机器人中枢模式发生器步态生成

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    折纸形气动软体驱动器设计与性能分析

    胡俊峰陈威龙
    1537-1544页
    查看更多>>摘要：为了实现气动软体驱动器的大变形,利用折纸结构的折展变形设计一种新型的软体驱动器.建立了该驱动器气压与其弯曲角度之间的关系,建立了驱动器的运动学模型,分析了结构参数对驱动器弯曲性能的影响,分析表明可通过调节气压实现弯曲形态的变化.制作样机,搭建实验平台进行运动和力学性能测试.实验结果表明所设计的驱动器具有两段不同的弯曲特性,可以展现出不同运动形态,可操纵诸如豆腐、水果等表面光滑、易损坏、易变形的物体.当气压为 100 kPa时,末端力可达11 N.说明所设计的驱动器具有较好的形状适应性和高负载能力,为软体驱动器设计提供新思路.

    折纸结构软体驱动器运动学建模软体抓手

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    双偏心动态扭矩-转速传感器弹性体仿真与优化

    王鹏韩继科梁应选王楠...
    1545-1550页
    查看更多>>摘要：动态扭矩的检测对于旋转动力设备的运行起到很重要的作用,通过实时检测设备工作时的扭矩,可以间接分析出设备的工作状态.设计了一款非接触式的动态扭矩传感器,其可以通过测量偏心距来间接计算出实时扭矩.利用ANSYS软件仿真了不同材料下传感器弹性体的最大切应力,扭转角度和 1 阶固有频率,选出扭转角度和屈服极限较大的 17-4PH材料.采用中心复合实验和拉丁超立方实验的方法对传感器开槽前后生成不同的实验数据表,并对实验数据进行了方差分析.针对扭转角度和 1 阶固有频率进行多目标响应面优化,优化结果表明:没有开槽的传感器进行优化得到的扭转角度提高了 15.7%,开槽后的传感器得到的扭转角度提高了 19.4%.

    扭矩传感器1阶固有频率扭转角度响应面优化

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